Moduly, balíčky, užitečné nástroje, spustitelné programy IB016 Seminář z funkcionálního programování Fakulta informatiky, Masarykova univerzita IB016: Cvičení 01 jaro 2023 1 / 30 Úvod Organizace předmětu, domácí úkoly, podmínky zápočtu vizte interaktivní osnovu v ISu úkoly jsou již zveřejněné (klidně si je otevřete) – technické i jiné problémy hlaste do fóra nebo na konci semináře – můžete s námi svá řešení konzultovat emailem nebo na konci semináře (i před odevzdáním) Softwarové vybavení: překladač GHC + interpret GHCi ve verzi alespoň 8.41 na fakultních počítačích: $ module add ghc na vlastních počítačích: to zvládnete :-) (ale zkusíme vám pomoci) 1oproti v. 9.2 na FI může být potřeba zapínat některá rozšíření explicitně IB016: Cvičení 01 jaro 2023 2 / 30 Moduly Moduly (Data.Char, Data.Map.Lazy, ...) skupina funkcí ve stejném „jmenném prostoru“ jméno modulu vždy velkými písmeny, hierarchie (tečky) základní modul Prelude, další načítáme pomocí import Selektivní import import Data.Set (Set, empty, insert) courses :: Set String courses = insert "IB016" empty IB016: Cvičení 01 jaro 2023 3 / 30 Moduly Moduly (Data.Char, Data.Map.Lazy, ...) skupina funkcí ve stejném „jmenném prostoru“ jméno modulu vždy velkými písmeny, hierarchie (tečky) základní modul Prelude, další načítáme pomocí import Selektivní import import Data.Set (Set, empty, insert) courses :: Set String courses = insert "IB016" empty Kvalifikovaný import import qualified Data.Set as S courses :: S.Set String courses = S.insert "IB016" S.empty IB016: Cvičení 01 jaro 2023 3 / 30 Moduly Balíky (containers-0.5.10.1, brainfuck-0.1.0.3, ...) skupina modulů, která se instaluje spolu název většinou malými písmeny, nemá hierarchii, má verzi balík base (základní balík modulů) spravuje typicky balíčkovací systém cabal IB016: Cvičení 01 jaro 2023 4 / 30 Moduly v praxi Informace o modulech/balících: databáze balíků Hackage – resp. Stackage („Stable Hackage“) vyhledávač Hoogle (hledání podle funkcí, typů, balíků, . . . ) – fakultní instance: https://hoogle.fi.muni.cz IB016: Cvičení 01 jaro 2023 5 / 30 Moduly v praxi Informace o modulech/balících: databáze balíků Hackage – resp. Stackage („Stable Hackage“) vyhledávač Hoogle (hledání podle funkcí, typů, balíků, . . . ) – fakultní instance: https://hoogle.fi.muni.cz Použití při programování nainstalovat balík přes cabal: cabal update && cabal install --lib balík import v kódu: import Modul přidání modulu v GHCi: přes import nebo :m + Modul IB016: Cvičení 01 jaro 2023 5 / 30 Cabal Nástroj pro správu balíků aktualizace databáze balíků: cabal update instalace z Hackage: cabal install [--lib] balík – Pozor, cabal uninstall neexistuje! skoro všechno ukládá do $HOME/.cabal/ – do $PATH je třeba přidat $HOME/.cabal/bin – konfiguraci a instalace je možno snadno smazat – při mazání je také nutno pročistit adresář $HOME/.ghc IB016: Cvičení 01 jaro 2023 6 / 30 Sandboxing je nutno založit projekt: cabal init v souboru projekt.cabal nastavit požadované balíky cabal build stáhne a sestaví jen to, co je potřeba – různé projekty sdílí stejné balíky – je možno mít více verzí jednoho balíku GHCi je možné spustit běžně nebo přes cabal repl Více v dokumentaci Cabalu IB016: Cvičení 01 jaro 2023 7 / 30 Cabal v síti FI součástí modulu ghc na nymfách lokálně nainstalována zastaralá verze, nutno přebít modulem na aise je zapotřebí novější překladač gcc (module add gcc) kvůli rozdílné verzi systémových knihoven na aise a nymfách: – balíky sestavené na nymfách nebudou fungovat na aise – balíky sestavené na aise by měly fungovat na nymfách – doporučení: instalaci všech balíků provádět na aise IB016: Cvičení 01 jaro 2023 8 / 30 HLint Nástroj hlásící návrhy na zlepšení kódu („linter“) samostatný balík z Hackage, nutno doinstalovat – často dostupný přímo v repozitářích distribuce – FI: na nymfách nainstalovaný z repozitářů Ubuntu – více podrobností v samostatném návodu v ISu aisa$ cabal install hlint hlint [--hint soubor_definic_navíc] zdroják možno integrovat přímo do GHCi, vizte dokumentaci IB016: Cvičení 01 jaro 2023 9 / 30 Haddock -- | The 'square' function squares an integer. square :: Int -> Int square x = x * x data T a b = C1 a b -- ^ info about constructor 'C1' | C2 a b -- ^ info about constructor 'C2' syntaxe komentářů pro automatické zpracování generování HTML dokumentace programem haddock – haddock file.hs --html -o doc na FI: součástí modulu ghc více informací v oficiální dokumentaci IB016: Cvičení 01 jaro 2023 10 / 30 Samostatně spustitelné programy S pomocí IO lze vytvářet spustitelné programy v Haskellu: stačí definovat funkci main tato funkce se použije jako vstupní bod programu Spouštění a kompilace: kompilace: ghc File.hs, vytvoří binárku File (nebo File.exe na Windows) program lze spustit pomocí ./File Rychlé spouštění programu: runghc File.hs, spustí funkci main souboru File.hs :main v GHCi, v obou případech jde předávat programu argumenty IB016: Cvičení 01 jaro 2023 11 / 30 Vstup a výstup v Haskellu Běžné funkce v Haskellu nemají vedlejší efekty ani vnitřní stav: nesmí modifikovat soubory, vypisovat na obrazovku, ... Jak komunikovat se světem (např. načíst vstup)? IB016: Cvičení 01 jaro 2023 12 / 30 Vstup a výstup v Haskellu speciální IO funkce, mají povoleny vedlejší efekty – putStrLn :: String -> IO () – getLine :: IO String – ... hodnota typu IO a – (vstupně-výstupní) akce, má výsledek typu a dva různé způsoby zápisu práce s IO funkcemi – do-notace – bind-operátor (funkce >>= a >>) IB016: Cvičení 01 jaro 2023 13 / 30 IO jako krabice k vnitřnímu výsledku IO akcí nelze přistupovat přímo, používáme speciální jazykové konstrukce z IO nelze „utéct“ IO funkce lze jen skládat a lze aplikovat další funkce funkce uvnitř IO © 2013 Aditya Bhargava, Functors, Applicatives, And Monads In Pictures IB016: Cvičení 01 jaro 2023 14 / 30 IO: do-notace echo :: IO () echo = do putStrLn "Write something." line <- getLine let out = "You wrote: " ++ line putStrLn out návratovou hodnotu akce getLine extrahujeme pomocí a -> String funkce, která převede svůj argument na řetězec možno pouze pro typy ze třídy Show – standardní instance pro čísla, seznamy, n-tice, ... IB016: Cvičení 01 jaro 2023 16 / 30 Připomenutí: funkce show, read show :: Show a => a -> String funkce, která převede svůj argument na řetězec možno pouze pro typy ze třídy Show – standardní instance pro čísla, seznamy, n-tice, ... read :: Read a => String -> a funkce, která „přečte“ něco z řetězce (parsuje řetězec) možno pouze pro typy ze třídy Read – standardní instance pro čísla, seznamy, n-tice, ... při selhání shodí program s výjimkou Prelude.read: no parse může být potřeba explicitně uvést typ, který chceme přečíst – typ odvozen z kontextu: read "True" || False – (read "1") vs (read "1" :: Int) IB016: Cvičení 01 jaro 2023 16 / 30 Přehled užitečných IO funkcí putStr :: String -> IO () vypíše zadaný řetězec na obrazovku putStrLn :: String -> IO () vypíše zadaný řetězec na obrazovku a zalomí řádek print :: Show a => a -> IO () vypíše na výstup hodnotu zobrazitelného typu (typu, který je instancí Show) getLine :: IO String načte ze vstupu řádek (řetězec) pure :: a -> IO a akce, která nemá žádný efekt a vrací zadanou hodnotu sequence :: [IO a] -> IO [a] akce, která postupně spustí všechny zadané akce a vrátí seznam jejich výsledků IB016: Cvičení 01 jaro 2023 17 / 30 Užitečné funkce z modulu Control.Monad when :: Bool -> IO () -> IO () pokud je podmínka splněná, vrátí zadanou akci, jinak vrátí akci, která nedělá nic unless :: Bool -> IO () -> IO () opak předchozího forM_ :: [a] -> (a -> IO b) -> IO () vrátí akci, která každý prvek seznamu předá zadané funkci, spustí výsledné akce a výsledky zahodí mapM_ :: (a -> IO b) -> [a] -> IO () předchozí funkce s přehozenými argumenty forever :: IO a -> IO b akce, která opakuje zadanou akci do nekonečna A spousta dalších. Dostaneme se k nim v dalších přednáškách. IB016: Cvičení 01 jaro 2023 18 / 30 IO pomocí operátoru >>= do-notace je syntaktickým cukrem pro tzv. operátory bind:2 (>>) :: IO a -> IO b -> IO b pro řetězení akcí (bez použití výsledku první) (>>=) :: IO a -> (a -> IO b) -> IO b umožňuje přistoupit k výsledku akce z funkce, která vrací akci echo = putStrLn "Write something: " >> getLine >>= putStrLn . ("You wrote: " ++) 2Uvedené operátory jsou ve skutečnosti obecnější, jsou definované pro všechny monády. Prozatím však můžete jakoukoliv Monad m považovat za IO. Více o monádách během příštích týdnů. IB016: Cvičení 01 jaro 2023 19 / 30 Převod mezi notacemi do-notace bind-notace do f g f >> g do x <- f g f >>= \x -> g do let x = y f let x = y in f Příklad převodu: do putStr ">>> " putStr ">>> " >> s <- getLine getLine >>= \s -> let t = reverse s let t = reverse s in putStrLn t putStrLn t IB016: Cvičení 01 jaro 2023 20 / 30 Proč tak divně? IO je součást typového systému Haskellu nejen z důvodů dokumentace, co je čistá funkce a co není Bez IO by vstup a výstup v líném programovacím jazyce byl poměrně nepříčetný Co kdyby například existovaly funkce myPutStrLn :: String -> () myGetLine :: String IB016: Cvičení 01 jaro 2023 21 / 30 Samostatné programování IB016: Cvičení 01 jaro 2023 22 / 30 do-notace: příklady Napište program, který postupně od uživatele načítá řádky textu a vypisuje je pozpátku (např. z "ahoj svete" udělá "etevs joha"), dokud uživatel nezadá prázdný řádek. Poté napište podobný program, který neobrací celý řádek, ale jen pořadí slov (např. z "ahoj svete" udělá "svete ahoj"). Nejdřív programy napište jen pomocí do-notace. Pak zkuste v dokumentaci nastudovat funkci knihovní funkci interact a použít ji. IB016: Cvičení 01 jaro 2023 23 / 30 do-notace: příklady Definujte akci getInteger :: IO Integer, která ze standardního vstupu načte celé číslo. Využijte knihovní funkci read. Poté upravte a doplňte následující zdrojový kód tak, aby program vyžadoval a načetl postupně tři celá čísla a o nich určil, zda mohou být délkami hran trojúhelníku. Nezdráhejte se kód refaktorovat a vytvořit si další pomocné funkce či akce. main :: IO () main = do putStrLn "Enter one number:" x <- getInteger putStrLn (show (1 + x)) IB016: Cvičení 01 jaro 2023 24 / 30 do-notace: příklady Napište program, který postupně od uživatele načítá čísla do té doby, než zadá nulu. Poté program vypíše na obrazovku součet všech zadaných čísel. IB016: Cvičení 01 jaro 2023 25 / 30 do-notace: příklady Napište akci getIntegers :: IO [Integer], která postupně od uživatele načítá čísla do té doby, než zadá nulu, a vrátí seznam zadaných čísel. Pomocí této akce přepište předchozí příklad. IB016: Cvičení 01 jaro 2023 26 / 30 Další příklady Napište program, který od uživatele načte dvě čísla (nazvěme je W a H) a poté na standardní výstup ze znaků # vykreslí obdélník o šířce W a výšce H. Zkuste variantu, kdy obdélník je vyplněný i kdy není vyplněný. Zkuste dovolit uživateli mezi vyplněným a nevyplněným obdélníkem přepínat pomocí argumentu příkazové řádky (např. ./drawRectangle filled a ./drawRectangle empty). Na to by se vám mohla hodit funkce getArgs :: IO [String] z modulu System.Environment. IB016: Cvičení 01 jaro 2023 27 / 30 Další příklady Napište program, který postupně načítá od uživatele příkazy „upper“, „reverse“ a „reverseWords“ následované textem, na který má zadaný příkaz aplikovat. Program po každém řádku příkazy vykovává a vypisuje výsledky. Interakci lze ukončit příkazem „quit“. Např. > upper ahoj svete AHOJ SVETE > reverse ahoj svete etevs joha > reverseWords svete ahoj > quit Zkuste společnou funkcionalitu abstrahovat do separátních funkcí. IB016: Cvičení 01 jaro 2023 28 / 30 Další příklady Napište program, který funguje jako interaktivní kalkulačka v reverzní polské notaci. Tedy má příkazy „input“, která přidá číslo do zásobníku, a „add“, „sub“, „mul“, které vezmou ze zásobníku dvě čísla, aplikují na nich zadanou operaci a výsledek vrátí do zásobníku. Program po každém řádku příkazy vykovává a vypisuje současný stav zásobníku. Např. > input 5 [5] > input 3 [3, 5] > sub [2] > input 8 [8, 2] > input 10 [10, 8, 2] > mul [80, 2] > add [82] > quit IB016: Cvičení 01 jaro 2023 29 / 30 Příště vlastní moduly pokročilá syntaxe (case, stráže, typované díry, . . . ) záznamy funktory IB016: Cvičení 01 jaro 2023 30 / 30